JP7176361B2

JP7176361B2 - 基板処理方法及び基板処理装置

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Publication number: JP7176361B2
Application number: JP2018209893A
Authority: JP
Inventors: 拓也海▲瀬▼; 宏昭千早
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2018-11-07
Filing date: 2018-11-07
Publication date: 2022-11-22
Anticipated expiration: 2038-11-07
Also published as: JP2020076122A

Description

本開示は、基板処理方法及び基板処理装置に関する。

半導体デバイスの製造工程においては、基板である半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）を静電チャックに吸着保持すると共に加熱した状態で処理を行う場合が有る。例えば特許文献１においては、静電チャックにウエハを吸着するにあたり、当該静電チャックに吸着前のウエハを加熱（予備加熱）する予備加熱室と、静電チャックを備える製膜処理工程室と、を備える半導体製造装置が示されている。予備加熱室においては、静電チャックの温度と吸着後のウエハの最高温度との差を５０℃以下に抑えるように予備加熱が行われる。

特開２０００－１２６６４号公報

本開示は、静電チャックに吸着されて処理される基板の裏面が傷付くこと及び吸着解除時の振動を抑制することができる技術を提供する。

本開示の基板処理方法は、真空容器内に設けられる複数の突起を備えた静電チャックが設けられる冷却部に冷媒を供給することで当該静電チャックを冷却して温度を調整する第１の温度調整工程と、
温度調整された前記静電チャックの前記複数の突起に基板の裏面を吸着し、当該基板を真空処理する処理工程と、
温度調整された前記静電チャックの前記複数の突起に基板の裏面を吸着し、当該基板を真空処理する処理工程と、
前記基板が前記静電チャックに吸着されるときの当該基板の温度と当該静電チャックの温度との差を低減させるために、前記静電チャックに載置される前の当該基板を冷却することで当該基板の温度を、前記静電チャックとは別の温度調整部によって調整する第２の温度調整工程と、
を備え、
前記第２の温度調整工程は、前記基板が前記静電チャックに吸着されるときの当該静電チャックの温度よりも当該基板の温度が低くなるように、前記基板を冷却する工程を含む。
また、本開示の他の基板処理方法は、真空容器内に設けられる複数の突起を備えた静電チャックの温度を調整する第１の温度調整工程と、
温度調整された前記静電チャックの前記複数の突起に前記基板の裏面を吸着し、当該基板を真空処理する処理工程と、
前記基板が前記静電チャックに吸着されるときの当該基板の温度と当該静電チャックの温度との差を低減させるために、前記静電チャックに載置される前の当該基板の温度を、前記静電チャックとは別の温度調整部によって調整する第２の温度調整工程と、
を備え、
前記第１の温度調整工程は、前記静電チャックを加熱する工程を含み、
前記第２の温度調整工程は、前記基板を加熱する工程と、
前記真空容器内で支持体によって前記静電チャックの上方に支持された前記基板に対して、当該真空容器内に設けられる前記温度調整部を対向させた状態で温度調整する工程と、を含み、
前記支持体を前記静電チャックに対して相対的に昇降させて、温度調整された前記基板を前記静電チャックに載置する工程と、
前記第２の温度調整工程後に前記基板を処理するために、前記温度調整部を、前記静電チャックに載置された当該基板に対して対向しない位置へ移動させる工程と、を備える。

本開示によれば、静電チャックに吸着されて処理される基板の裏面が傷付くこと及び吸着解除時の振動を抑制することができる。

本開示の一実施形態である基板処理装置の平面図である。前記基板処理装置に設けられる成膜モジュールの縦断側面図である。前記成膜モジュールに設けられる静電チャックの平面図である前記静電チャックへの載置時のウエハの状態を示す説明図である。前記静電チャックへの吸着時のウエハの状態を示す説明図である。前記静電チャックに対するデチャック時のウエハの状態を示す説明図である。前記基板処理装置に設けられる予備加熱を行う処理モジュールの縦断側面図である。前記基板処理装置に設けられる予備加熱モジュールの縦断側面図である。前記基板処理装置における処理工程を示すフロー図である。前記基板処理装置におけるロードロックモジュールの縦断側面図である。前記成膜モジュールにおけるウエハＷの予備加熱を示す説明図である。前記静電チャックへの吸着時のウエハの状態を示す説明図である。前記静電チャックに対するデチャック時のウエハの状態を示す説明図である。前記基板処理装置に設けられる予備冷却モジュールの縦断側面図である。評価試験の結果を示すグラフ図である。評価試験で取得された画像を示す説明図である。評価試験で取得された画像を示す説明図である。評価試験で取得された画像を示す説明図である。評価試験で取得された画像を示す説明図である。評価試験で取得された画像を示す説明図である。

本開示の一実施の形態である基板処理装置１について、平面図である図１を参照しながら説明する。基板処理装置１は、ローダーモジュール１１、ロードロックモジュール２、真空搬送モジュール３、及び２つの処理モジュール４を備えている。この基板処理装置１はＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）を構成するMTJ（Magnetic Tunnel Junction）素子を形成するための処理を行う。

ローダーモジュール１１は、その内部が大気雰囲気且つ常圧雰囲気とされる。そして、複数のウエハＷを格納する搬送容器１２を載置するステージ１３と、当該ステージ１３上の当該搬送容器１２とロードロックモジュール２との間でウエハＷを受け渡す基板搬送機構１４と、を備えている。

ローダーモジュール１１の後方側にロードロックモジュール２が接続されている。ロードロックモジュール２は、その内部の雰囲気を窒素雰囲気の常圧雰囲気と真空雰囲気との間で切り替えることができるように構成されている。ロードロックモジュール２とローダーモジュール１１との間には、ゲートバルブＧ１が介在する。

ロードロックモジュール２の後方側には、真空搬送モジュール３の一つがゲートバルブＧ２を介して接続されている。真空搬送モジュール３は、その内部が真空雰囲気とされる真空容器３１と、当該真空容器３１内に設けられる基板搬送機構３３と、を備えている。

処理モジュール４は真空搬送モジュール３に接続されている。処理モジュール４と真空搬送モジュール３との間には、ゲートバルブＧ３が介在している。このゲートバルブＧ３及び既述のゲートバルブＧ１、Ｇ２は通常は閉鎖され、各モジュール間を区画している。そして、モジュール間でウエハＷの搬送の妨げにならないように適宜開放される。

２つの処理モジュール４のうちの一つは、ウエハＷにスパッタであるＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）により成膜を行うモジュールであり、以降の説明では成膜モジュール４Ａとして説明する。また、２つの処理モジュール４のうちの他の一つは、この成膜モジュール４Ａに搬送する直前のウエハＷが搬送されて、当該ウエハＷに対して加熱処理するモジュールであり、以降の説明では予備加熱モジュール４Ｂとして説明する。

以下、成膜モジュール４Ａについて、図２の縦断側面図を参照しながら説明する。図中４１は真空容器（第１の真空容器）であり、金属製であり且つ接地されている。図中４２は、真空容器４１内を排気して所望の圧力の真空雰囲気とする排気機構である。真空容器４１内には誘電体層４３と当該誘電体層４３に埋設された電極４４と、により構成された円形の静電チャック４５が設けられている。静電チャック４５は例えば双極型であり、水平に設けられている。図３は当該静電チャック４５の表面（上面）を示しており、この静電チャック４５の表面はエンボス加工されており、当該表面には多数の円形の突起４０が分散して設けられている。各突起４０上に載置されたウエハＷの裏面が当該突起４０に吸着され、ウエハＷは静電チャック４５に水平に保持される。なお、静電チャックの基板が載置される突起とは、上記の突起４０のように装置の設計上形成されるものであり、静電チャックの表面をミクロ的に見たときに、意図せずに微小な突起として形成されているものは含まれない。また、静電チャック４５としては、ジョンソンラーベック型としてもクーロン型としてもよいし、双極型に限られず、単極型として構成されていてもよい。

図２中４６は電源部であり、後述の制御部１０から出力される制御信号に基づいて、静電チャック４５の電極４４への電圧の印加と、印加の停止とを切り替える。つまり、ウエハＷを吸着保持（チャック）する状態と当該吸着保持が解除（デチャック）された状態と、が互いに切り替えられる。また、静電チャック４５の誘電体層４３にはヒーター４７が埋設されている。ヒーターは、ウエハＷが載置される前から当該静電チャック４５を予め設定された処理温度、例えば３５０℃に加熱する。それによって、吸着されたウエハＷが当該処理温度に加熱される。また、静電チャック４５の表面中心部における凹部の底面、即ち突起４０間にはガス吐出孔４８が開口している。ガス吐出孔４８はガス供給路を介して不活性ガスの供給機構４９に接続されている。ウエハＷが静電チャック４５の上記の突起４０に保持されているときに、ガス吐出孔４８からウエハＷの裏面へガスが吐出される。このガスは、真空雰囲気とされる真空容器４１内で、静電チャック４５の熱をウエハＷに伝える伝熱用ガスである。なお、伝熱用ガスとしては、Ｈｅ（ヘリウム）やＡｒ（アルゴン）などの不活性ガスである。

ウエハＷを上記のヒーター４７によって加熱された当該静電チャック４５に吸着させることで、ウエハＷの昇温速度を高くし、速やかに成膜処理を開始できるようにしている。また、静電チャック４５の突起４０にウエハＷが載置され、且つ伝熱用ガスを介して静電チャック４５の熱を当該ウエハＷに伝熱させる構成とすることで、ウエハＷの裏面側において伝熱用ガスが流通可能な範囲を広くし、高い流動性が得られるようにしている。それによって、突起４０を設けない場合に比べてウエハＷの面内における温度の均一性が高くなるようにしている。

図中５１は静電チャック４５を支持する支柱であり、真空容器４１の底部を貫通し、その下端部は駆動機構５２に接続されている。この駆動機構５２により、静電チャック４５及び当該静電チャック４５に吸着保持されるウエハＷが、各々の中心軸回りに回転する。図中５３は垂直な３本のピン（図２では便宜上２本のみ表示）であり、図示しない昇降機構により昇降して静電チャック４５の表面を突没し、基板搬送機構３３と静電チャック４５との間でウエハＷを受け渡す。

真空容器４１の天井部には金属からなるターゲット６１が、板状の電極６２の下方側に当該電極６２に接続されて設けられている。電極６２には直流電源６４が接続されている。図中６５は真空容器４１の外側に設けられるマグネットであり、マグネット駆動部６６により夫々、電極６２の上方を当該電極６２の上面に沿って移動する。また、真空容器４１の天井部にはガス供給部６７が設けられ、当該ガス供給部６７はガス流路を介して不活性ガスの供給機構６８に接続されている。ガス供給部６７から不活性ガスが供給されたときに、直流電源６４から電極６２を介してターゲット６１に電圧が印加されることで、当該ガスが励起されてプラズマ化し、プラズマ中の正イオンが衝突することで、ターゲット６１を構成する金属がスパッタされ、ウエハＷに金属膜が成膜される。

また、真空容器４１内には水平な円形に構成された用力供給ヘッド５５が設けられる。この用力供給ヘッド５５は真空容器４１の底部を貫通する支柱５６に支持され、支柱５６の下端部は当該支柱５６を回転させる回転機構５７に接続されている。当該支柱５６の回転により、用力供給ヘッド５５は静電チャック４５上のウエハＷに対向する対向位置と、当該ウエハＷに対向しない非対向位置との間を旋回移動する。そして、用力供給ヘッド５５から吐出されるプロセスガスや用力供給ヘッド５５に設けられるヒーター５０による熱の供給を行うときには対向位置に、供給を行わないときには非対向位置に夫々当該用力供給ヘッド５５が位置する。なお図中においては対向位置を実線で、非対向位置を点線で夫々示している。なお、図中５８はガス吐出孔であり、５９はガス供給機構である。

この成膜モジュール４Ａの動作を順に説明する。ヒーター４７によって静電チャック４５が成膜処理を行うための処理温度に加熱される。そして、基板搬送機構３３からウエハＷを受け取ったピン５３が下降して、静電チャック４５にウエハＷが載置されて吸着されると共にウエハＷの裏面にガス（伝熱用ガス）が供給される。静電チャック４５の突起４０からの伝熱及びガスを介しての伝熱により、ウエハＷが上記の処理温度である例えば３５０℃に昇温する。その一方で、真空容器４１内が所定の真空圧力になるように排気される。

そして静電チャック４５及びウエハＷが回転し、既述のようにガス供給部６７からの不活性ガスの供給、ターゲット６１への電圧の印加、マグネット６５の移動が行われ、ウエハＷの表面に金属膜が成膜される。その後、ガス供給部６７からの不活性ガスの供給、ターゲット６１への電圧の印加、マグネット６５の移動が各々停止し、ウエハＷ及び静電チャック４５の回転が停止する。そして、静電チャック４５によるウエハＷの吸着が解除されると、その解除に若干遅れてピン５３がウエハＷに接触し、ウエハＷは静電チャック４５から離され、基板搬送機構３３により成膜モジュール４Ａから搬出される。

ところで上記の成膜処理を速やかに開始するために、静電チャック４５は常時ウエハＷの処理温度に加熱されている。つまり、ウエハＷが吸着される前に既に処理温度とされている。このように加熱された状態で、突起４０を備えている静電チャック４５に対して、その温度が低く、且つ静電チャック４５との温度差が比較的大きいウエハＷを吸着して成膜処理を行う場合、成膜処理後のウエハＷの裏面には傷が付いていることが有る。また、上記の温度差が比較的大きいウエハＷを吸着して成膜処理を行う場合、成膜処理を終了してデチャックするときにウエハＷに振動が起きることが有る。この振動によってウエハＷが本来の位置からずれてしまい、基板搬送機構３３による成膜モジュール４Ａからの搬出が行えなくなってしまうおそれや、ウエハＷが割れてしまうおそれが有る。

上記のウエハＷの裏面の傷付き及びウエハＷの振動を発生させると推定される機序について、静電チャック４５よりも低い温度のウエハＷを当該静電チャック４５に吸着させたときのウエハＷの状態を示す模式図である図４～図６を用いて説明する。先ず、処理温度に加熱された静電チャック４５にウエハＷが吸着されると（図４）、静電チャック４５の突起４０からの直接の伝熱及び伝熱用ガスを介しての伝熱により、上記の吸着が行われた状態でウエハＷが熱膨張する。この熱膨張により突起４０から見てウエハＷが横方向に移動するようにウエハＷと突起４０とが擦れる結果、ウエハＷの裏面が傷つくと考えられる。また、ウエハＷは突起４０に吸着されて熱膨張することにより、突起４０に接した部位以外の部位について上下方向に突出するように撓みが生じ、ウエハＷの内部応力が上昇する（図５）。

従って、成膜処理が終わりデチャックされるときに、ウエハＷには比較的高い内部応力が生じている。この内部応力が低減して上記の撓みが解消されるように、デチャックされたウエハＷは変形する。その勢いでウエハＷが静電チャック４５上で跳ねて、上記の振動が発生すると考えられる（図６）。そして、このように振動することでウエハＷの裏面と突起４０とが擦れて、当該裏面にさらに傷が付くと考えられる。

そこで、この基板処理装置１においては予備加熱モジュール４Ｂによって成膜モジュール４Ａに搬送する前にウエハＷを予め設定した温度に加熱し、静電チャック４５に載置されるときのウエハＷと当該静電チャック４５との温度差を低減させる。それにより、静電チャック４５に吸着中にウエハＷが熱膨張することを抑制する。つまり、吸着時の熱膨張が抑制されるように予めウエハＷを熱膨張させておく。それにより、上記のウエハＷの裏面における傷の形成及びウエハＷの振動の発生を防ぐ。なお、このように静電チャック４５に吸着する直前に、当該静電チャック４５との温度差を低減させるために行うウエハＷの加熱を、予備加熱と記載する場合が有る。

以下、上記の予備加熱を行う予備加熱モジュール４Ｂについて、縦断側面図である図７を参照して説明する。図中７１は既述した真空容器（第２の真空容器）であり、排気口７２が開口している。この排気口７２には排気路を介して例えば真空ポンプからなる排気機構７３が接続されている。そして、真空搬送モジュール３に対してウエハＷを受け渡すことができるように、真空容器７１内は所定の圧力の真空雰囲気になるように排気される。真空容器７１の底部には、真空搬送モジュール３の基板搬送機構３３によってウエハＷが受け渡される垂直なピン７４が設けられている。このピン７４は成膜モジュール４Ａのピン５３と同様に、ウエハＷの裏面の一部を局所的に支持するように構成されている。従って、この予備加熱モジュール４Ｂでは成膜モジュール４Ａとは異なり、ウエハＷの裏面を吸着せずに加熱処理を行う。

そして、真空容器７１の天井部には温度調整部をなす加熱部７５が設けられている。この加熱部７５は、真空雰囲気でウエハＷを効率良く予備加熱できるようにウエハＷが吸収可能な電磁波、例えば赤外線をピン７４に支持されたウエハＷに放射する。具体的には、加熱部７５は、例えばハロゲンランプにより構成される。上記のように予備加熱は吸着時のウエハＷの熱膨張を抑えるために行われるので、ウエハＷの吸着時にウエハＷの温度が成膜モジュール４Ａの静電チャック４５の温度に近くなるように行われることが好ましい。この例では予備加熱は、ウエハＷの温度が成膜モジュール４Ａの処理温度と同じ３５０℃となるように行われるものとする。なお、上記のように予備加熱中にウエハＷを支持するための支持部材であるピン７４によってウエハＷの裏面の一部のみを局所的に支持するのは、支持部材を介するウエハＷからの放熱を抑え、ウエハＷの昇温速度が低下することを防ぐためである。

また、図１に示すように基板処理装置１は制御部１０を備えている。この制御部１０はコンピュータにより構成されており、プログラム、メモリ、ＣＰＵを備えている。プログラムには、基板処理装置１における一連の動作を実施することができるようにステップ群が組み込まれており、当該プログラムによって制御部１０は基板処理装置１の各部に制御信号を出力し、当該各部の動作が制御される。それにより後述のフローに従って、ウエハＷの搬送と処理とが行われる。上記のプログラムは、例えばコンパクトディスク、ハードディスク、ＤＶＤなどの記憶媒体に格納されて、制御部１０にインストールされる。

続いて基板処理装置１の動作を、図８のフローチャートを参照しながら説明する。先ず、成膜モジュール４Ａにおいて静電チャック４５の温度が処理温度に調整される第１の温度調整工程が行われる。そして、搬送容器１２のウエハＷはローダーモジュール１１に取り込まれ、常圧雰囲気のロードロックモジュール２に搬送され、当該ロードロックモジュール２の雰囲気が真空雰囲気に切り替えられる。その後、ウエハＷは真空搬送モジュール３に取り込まれ、予備加熱モジュール４Ｂに搬入される。そして、既述したようにウエハＷは予備加熱されて、例えば処理温度と同じ温度に調整される第２の温度調整工程が行われる（ステップＳ１）。

然る後、予備加熱によって熱膨張したウエハＷを成膜モジュール４Ａに搬送する（ステップＳ２）。そして、ウエハＷは静電チャック４５に載置されて吸着され、上記したように静電チャック４５からの直接の伝熱及び伝熱用ガスを介しての伝熱により加熱される。吸着前に既にウエハＷは予備加熱モジュール４Ｂにて加熱されており、ウエハＷの温度と静電チャック４５の温度との差は比較的小さいので、この吸着中におけるウエハＷの熱膨張は抑制される（ステップＳ３）。従って、図５で説明したウエハＷの撓みが発生することや、ウエハＷの裏面が静電チャック４５の突起４０に対して擦れることが抑制される。

その後、静電チャック４５によるウエハＷの吸着が解除されるが、ウエハＷの撓みは小さいので、当該ウエハＷの跳ね及び振動の発生について抑制される（ステップＳ４）。然る後、ウエハＷは真空搬送モジュール３に取り込まれ、真空雰囲気のロードロックモジュール２に搬送される。そしてロードロックモジュール２の雰囲気が常圧雰囲気に切り替えられた後、当該ウエハＷはローダーモジュール１１を介して搬送容器１２に戻される。

この基板処理装置１によれば、予備加熱モジュール４ＢによりウエハＷを予備加熱し、ウエハＷと静電チャック４５との温度差が抑えられた状態でウエハＷが当該静電チャック４５に吸着される。従って、静電チャック４５に吸着中のウエハＷの熱膨張を抑えることができるため、吸着中の静電チャック４５の突起４０とウエハＷの裏面との擦れ、及びデチャック時のウエハＷの跳ね及び振動を防ぐことができる。その結果として、ウエハＷの裏面が傷ついたり、ウエハＷが割れたりすることを抑制することができる。また、跳ね及び振動によってウエハＷが所定の位置から位置ずれすることに起因して、基板搬送機構３３が当該ウエハＷを受け取れずに成膜モジュール４Ａから当該ウエハＷの搬出ができなくなることを防ぐことができる。

なお、上記の特許文献１における静電チャックの表面には突起を設けることについて記載されておらず、特許文献１の静電チャックの構成と、本開示の静電チャック４５の構成とは互いに異なる。つまり、特許文献１では本願で着眼した、静電チャック４５に突起４０を設けることで吸着中及び吸着解除時に発生する上記の各問題について着眼されていない。従って、特許文献１は当該問題を解決することができる技術ではない。

ところで、上記のように成膜モジュール４ＡにウエハＷを吸着するときに、当該ウエハＷと当該静電チャック４５との温度差が抑制されていればよい。即ち、予備加熱については、静電チャック４５に載置する前のウエハＷを、静電チャック４５とは別個の加熱機構にて加熱できればよく、当該予備加熱専用のモジュールである上記の予備加熱モジュール４Ｂを、処理モジュール４のいずれかとして設けて行うことには限られない。具体的には、例えばロードロックモジュール２にて予備加熱を行ってもよい。

図９はそのようにウエハＷを加熱することができるように構成されたロードロックモジュール２を示している。図中２１は筐体である。図中２２はウエハＷを載置するステージであり、昇降機構２３により昇降する３本のピン２４を備え、真空搬送モジュール３及びローダーモジュール１１に対してウエハＷの受け渡しを行えるように構成されている。図中２５、２６は夫々Ｎ_２ガスの供給口、排気口である。供給口２５からのＮ_２ガスの供給及び排気口２６からの排気により、筐体２１内の雰囲気が、既述のように窒素雰囲気の常圧雰囲気と真空雰囲気とで切り替えられる。筐体２１の天井には予備加熱モジュール４Ｂと同様にハロゲンランプにより構成される加熱部７５が設けられている。

このようにロードロックモジュール２が構成される場合の基板処理装置１におけるウエハＷの搬送例を示す。この例では基板処理装置１の真空搬送モジュールには、４Ａ、４Ｂ以外にも処理モジュール４が接続されているものとする。先ず、搬送容器１２から搬出されたウエハＷは、ローダーモジュール１１からロードロックモジュール２に搬送される。続いてロードロックモジュール２からウエハＷを真空搬送モジュール３に搬送し、成膜モジュール４Ａ以外の処理モジュール４を順番に搬送する。そして、成膜モジュール４ＡにウエハＷを搬送する直前に、当該ウエハＷを真空雰囲気のロードロックモジュール２に搬送し、予備加熱を行う。この予備加熱を行った後は、既述したように成膜モジュール４ＡにウエハＷを直接搬送して処理を行う。つまり、ウエハＷを他の処理モジュール４を経由させずに成膜モジュール４Ａに搬送する。然る後、ウエハＷはロードロックモジュール２からローダーモジュール１１へ搬送されて、搬送容器１２に戻される。なお、上記の搬送中、ローダーモジュール１１からロードロックモジュール２へ、ロードロックモジュール２からローダーモジュール１１へ夫々ウエハＷを搬送するときに、ロードロックモジュール２でウエハＷを加熱してもよい。この加熱はウエハＷに付着する異物を気化させて除去するための加熱である。

上記のようにロードロックモジュール２で予備加熱を行う場合、予備加熱モジュール４Ｂが不要になるので、装置の製造コストの低下やフットプリントの低減を図ることができる。ただし、ローダーモジュール１１との真空搬送モジュール３との間のウエハＷの受け渡しのために、ロードロックモジュール２には単位時間あたりに多くのウエハＷが搬送される。上記のようにロードロックモジュール２で予備加熱を行う場合は、例えばロードロックモジュール２が空くまでウエハＷをロードロックモジュール２の外で待機させることが必要になる場合が有る。従って、既述の実施形態で予備加熱モジュール４Ｂにて予備加熱を行うことは、そのような待機時間を不要にし、スループットの低下を防ぐことができるという利点が有る。

また、ロードロックモジュール２、予備加熱モジュール４Ｂのように、成膜モジュール４Ａを構成する真空容器４１の外部で予備加熱を行うことには限られず、当該真空容器４１内で予備加熱を行うようにしてもよい。そのような予備加熱の手法について具体的に説明する。先ず、成膜モジュール４Ａにおいて、その先端が静電チャック４５の突起４０よりも上方に位置するピン５３上にウエハＷを搬送する。このウエハＷを静電チャック４５に載置する前に用力供給ヘッド５５を非対向位置から対向位置に移動させ、例えばこの用力供給ヘッド５５のヒーター５０の熱輻射により、ピン５３上のウエハＷを予備加熱する。図１０は、そのように予備加熱が行われているウエハＷを示している。そして、予備加熱の終了後はピン５３を下降させてウエハＷを静電チャック４５に載置し、既述したように成膜処理を行う。つまり、用力供給ヘッド５５は、静電チャック４５とは別個に真空容器４１内に設けられた温度調整部として構成される。

なお、この用力供給ヘッド５５によるウエハＷの予備加熱は、用力供給ヘッド５５から例えば加熱したガスを供給して行ってもよいし、用力供給ヘッド５５に予備加熱モジュール４Ｂの加熱部７５と同様にハロゲンランプを設けて赤外線を放射して行ってもよい。
また、上記のように静電チャック４５への吸着中のウエハＷの熱膨張を抑制することができればよいため、処理モジュール４やロードロックモジュール２にて予備加熱を行うことには限られず、真空搬送モジュール３に上記の加熱部７５を設けて予備加熱を行ってもよい。つまり、真空搬送モジュール３を加熱モジュールとして構成してもよい。このように予備加熱を行うために、予備加熱モジュール４Ｂで設けられるウエハＷを支持するピン７４を、真空搬送モジュール３にも設けてもよい。

ところで、静電チャック４５に吸着してウエハＷを真空雰囲気にて処理（真空処理）する処理モジュールとしては、上記のようにスパッタを行う成膜モジュールであることには限られない。具体的には、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により成膜を行う成膜モジュールや、ドライエッチングを行うエッチングモジュールや、不活性ガス雰囲気でウエハＷを加熱するアニールモジュールなどによる処理前に予備加熱を行ってもよい。ただし、スパッタを行う成膜モジュールでは例えば３００℃以上、より具体的には上記のように例えば３５０℃と、比較的高い温度にウエハＷを加熱して処理を行う。従って、予備加熱が行われない場合、静電チャック４５に載置されるウエハＷと当該静電チャック４５との温度差が比較的大きくなるので、図４～図６で説明した静電チャック４５に吸着中のウエハＷの熱膨張による問題が起こりやすい傾向になることが考えられる。従って、既述のようにスパッタを行う成膜モジュールの静電チャック４５にウエハＷを吸着する前に、ウエハＷを予備加熱することが特に有効である。

これまでウエハＷを加熱してＰＶＤを行う例について説明してきたが、ウエハＷを冷却してＰＶＤを行ってもよい。その場合は成膜モジュール４Ａについて、静電チャック４５の下部に冷媒の流路を備えた冷却部を設ける構成とする。冷媒を当該流路に通流させることで、静電チャック４５を例えば－６０℃～－２６３℃の処理温度に冷却する。そして、そのように冷却された静電チャック４５にウエハＷを載置して吸着させて、当該ウエハＷを処理温度に冷却した状態で成膜処理を行う。なお、ウエハＷを加熱する場合と同様にウエハＷの吸着中は、静電チャック４５からウエハＷの裏面に伝熱用ガスを供給し、当該ウエハＷから静電チャック４５へ伝熱させてウエハＷを冷却する。

ここで、静電チャック４５が冷却されることによって、静電チャック４５の温度よりも当該静電チャック４５に載置されるウエハＷの温度の方が高い場合に、当該ウエハＷに起こると推定される事象について説明する。先ず、静電チャック４５に当該ウエハＷが吸着されると、静電チャック４５にウエハＷの熱が逃げることで、当該ウエハＷが収縮する。突起４０は収縮したウエハＷと擦れることになり、当該ウエハＷの裏面に傷が付く。また、ウエハＷが冷却されることによるウエハＷの中心方向への収縮量はウエハＷの径方向で異なってくるが、突起４０に接している箇所ではウエハＷが静電力により突起４０に固定されているため、突起４０上でのウエハＷの内部応力に不均衡が生じ、図１１に示すように突起４０上にて上方に向けてウエハＷが撓む方向に、ウエハＷの内部応力が高くなると考えられる。そして、静電チャック４５によるウエハＷの吸着が解除されるとウエハＷの内部応力が低減されるように、つまり撓みが解消されるようにウエハＷが変形し、図１２に示すようにその勢いでウエハＷが跳ねて振動が発生すると考えられる。

そこで、上記のようにウエハＷを冷却してＰＶＤを行うように成膜モジュール４Ａを構成した場合は、上記の予備加熱を行う代わりに静電チャック４５に載置する直前のウエハＷを予め設定した温度に冷却し、静電チャック４５とウエハＷとの温度差を低減することが有効である。つまり、予め収縮した状態のウエハＷを静電チャック４５に吸着させて、図１１で示した吸着中におけるウエハＷの収縮を抑制する。なお、このように静電チャック４５に吸着する直前に、当該静電チャック４５との温度差を低減させるウエハＷの冷却を予備冷却と記載する場合が有る。

この予備冷却を行うにあたり、基板処理装置１の処理モジュール４として、予備加熱モジュール４Ｂの代わりに予備冷却モジュール４Ｃを設ける。この予備冷却モジュール４Ｃにより、ウエハＷを例えば処理温度に予備冷却した後、当該ウエハＷを成膜モジュール４Ａに直接搬送する。つまり、予備冷却モジュール４Ｃにより予備冷却したウエハＷを、他の処理モジュール４を経由させずに成膜モジュール４Ａに搬送する。そして成膜モジュール４Ａにて既述のように成膜処理を行う。このようなウエハＷの搬送及び処理を行うことで、ウエハＷの裏面における傷の形成と、吸着解除時のウエハＷの振動とを防ぐことができる。

図１３に予備冷却モジュール４Ｃの一例を示している。この予備冷却モジュール４Ｃについては、筐体８１内にウエハＷを載置するステージ８２を備えている。図中８３は筐体８１内に開口した排気口である。図中８４は流路を介して排気口８３に接続された、例えば真空ポンプからなる排気機構であり、筐体８１内が所定の圧力の真空雰囲気となるように排気する。図中８５は例えばシャワーヘッドからなるガス供給部である。図中８６は、例えばガスを冷却すると共にガス供給部８５に供給するガス供給機構である。温度調整部をなすガス供給部８５から供給される冷却ガスに曝されて、ウエハＷは予備冷却される。

予備冷却としては、ウエハＷを静電チャック４５に載置する前に静電チャック４５とは別の冷却機構によって行うことができればよいので、予備冷却モジュール４Ｃとしては、このようにガスによりウエハＷを冷却する構成とすることには限られない。例えばステージ８２を静電チャックとして構成する。ただし、そのステージ８２の表面は図１３に示すように平坦であり、突起４０が設けられない構成とする。そして、ステージ８２には冷媒が流通する流路を形成する。この冷媒によって、ステージ８２が冷却されて、ステージ８２に吸着されるウエハＷも冷却されるようにする。ステージ８２に突起４０が形成されていないため、吸着時に突起４０とウエハＷとの擦れは起きず、図１１に示した突起４０上での局所的なウエハＷの撓みも起こらない。従って、この予備冷却モジュール４Ｃにおいては、チャック中のウエハＷの裏面の傷の形成及びデチャック時のウエハＷの振動が抑制された状態でウエハＷが冷却される。

ところで、上記の処理例では予備加熱を、成膜モジュール４ＡにおけるウエハＷの処理温度と同じ温度となるように行うものとした。しかし、予備加熱を完了してからウエハＷが静電チャック４５に載置されるまでの搬送中にウエハＷの温度が低下し、上記の処理温度、即ち静電チャック４５の温度からずれることが考えられる。そこで予備加熱としては、ウエハＷが吸着されるときの静電チャック４５の温度よりも高い温度となるようにウエハＷを加熱してもよい。成膜モジュール４Ａの外部で予備加熱を行う場合、つまり上記のように予備加熱モジュール４Ｂやロードロックモジュール２で予備加熱を行う場合は、ウエハＷが予備加熱される場所から静電チャック４５までのウエハＷの搬送距離が比較的長い。そのため、このように静電チャック４５の温度よりも高い温度にウエハＷを予備加熱することが有効である。同様の理由で、予備冷却については、ウエハＷが吸着されるときの静電チャック４５の温度よりも低い温度となるようにウエハＷを冷却するようにしてもよい。

なお、上記の各例では静電チャック４５の温度は常時、処理温度となるように調整されているが、この静電チャック４５の温度について、ウエハＷを吸着する瞬間には処理温度に対して所定量ずれた温度に調整されており、ウエハＷの吸着中に処理温度になるように温度変更されてもよい。温度変更中は静電チャック４５もウエハＷと共に膨張あるいは収縮するので、この温度変更に起因する撓み量の増加は起こり難い。従って、ウエハＷの撓みを抑えるためには、静電チャック４５にウエハＷが吸着されるときの当該ウエハＷと当該静電チャックとの温度差が低減されるように基板の温度調整（予備加熱または予備冷却）を行うようにする。この温度差については後に好ましい範囲を説明するが、上記の静電チャック４５にウエハＷが吸着されるときとは、より具体的には静電チャック４５の吸着力がウエハＷに作用する瞬間、即ち電源部４６によって静電チャック４５に吸着力を発生させる電圧が印加される瞬間である。

ところで、図４～図６のウエハＷについて、静電チャック４５が加熱され、且つ静電チャック４５よりもウエハＷの温度が低い場合の状態として説明した。しかし、静電チャック４５が冷却される場合も、静電チャック４５の温度よりもウエハＷの温度が低く、その温度差が比較的大きいと、この図中に示した撓みがウエハＷに発生し得る。また、図１１、図１２のウエハＷについて、静電チャック４５が冷却され、且つ静電チャック４５よりもウエハＷの温度が高い場合の状態として説明した。しかし、静電チャック４５が加熱される場合も静電チャック４５の温度よりもウエハＷの温度が高く、その温度差が比較的大きいと、この図中に示した撓みがウエハＷに発生し得る。つまり、これらの各図で示すような撓みを抑えるために、ウエハＷは静電チャック４５の温度よりも高くなるように温度調整されてもよいし、静電チャック４５の温度よりも低くなるように温度調整されてよい。ただし、当該静電チャック４５の温度に近い温度に温度調整されることが好ましい。この温度調整されるウエハＷについての好ましい温度範囲について、後述の評価試験で説明する。

なおウエハＷの予備冷却は、ロードロックモジュール２において冷却ガスを供給して行ってもよい。また、図１０に示すようにピン５３によって静電チャック４５上にウエハＷを支持した状態で用力供給ヘッド５５から冷却ガスを供給することで行ってもよい。また、図１０では支持体であるピン５３が静電チャック４５に対して昇降することで静電チャック４５とピン５３とがウエハＷを受け渡すが、静電チャック４５がピン５３に対して昇降し、ウエハＷが受け渡されてもよい。つまり、ピン５３は静電チャック４５に対して相対的に昇降できればよい。

（評価試験）
本開示の技術に関連して行われた評価試験について説明する。既述の基板処理装置１において、ローダーモジュール１１、ロードロックモジュール２、成膜モジュール４Ａの順でウエハＷを搬送し、当該成膜モジュール４Ａにおいて既述のように３５０℃の処理温度に加熱された静電チャック４５にウエハＷを吸着して、成膜処理を行った。その後、ウエハＷをデチャックし、当該ウエハＷをロードロックモジュール２、ローダーモジュール１１の順で搬送した。複数のウエハＷについて、このような搬送及び処理を行った。上記のロードロックモジュール２については、図９で説明したように加熱部７５を備えており、当該ロードロックモジュール２にて予備加熱を行った。この予備加熱の温度についてウエハＷ毎に、１００℃～３５０℃の範囲内で変更した。より詳しくは、ウエハＷを１００℃、２００℃、２５０℃、３００℃あるいは３５０℃に予備加熱した。

この評価試験では、上記の静電チャック４５のデチャック後に成膜モジュール４Ａから搬出される各ウエハＷについて、所定の設定位置からの位置ずれ量を算出した。また、デチャック時の各ウエハＷの録画を行った。さらに、ローダーモジュール１１に戻された各ウエハＷの裏面を光学顕微鏡で撮像した。

評価試験の処理条件について補足して述べておくと、ロードロックモジュール２においては雰囲気を切り替えるために排気を行い、ウエハＷの加熱を行った。また、成膜モジュール４Ａにおいて、静電チャック４５へ電圧を印加し、ウエハＷの裏面に当該静電チャック４５から伝熱用ガスを供給した。また、ウエハＷの吸着解除から所定の時間が経過した後にピン５３を上昇させて、ウエハＷの排出処理を行った。

図１４のグラフはこの評価試験の結果を示しており、縦軸に上記の位置ずれ量（単位：ｍｍ）を、横軸にロードロックモジュール２にて予備加熱されたウエハＷの温度（単位：℃）を夫々示している。グラフに示すように予備加熱されたウエハＷの温度が１００℃であると、位置ずれ量は０．５ｍｍを越える場合があった。しかし、ウエハＷの予備加熱温度が２００℃以上である場合はいずれも、位置ずれ量が０．５ｍｍ以下に抑えられていた。このウエハＷの位置ずれは、既述したデチャック時に発生するウエハＷの振動によって生じたものと考えられる。そして、取得された録画からは、予備加熱の温度が１００℃及び２００℃であるとき、ウエハＷが振動していることが確認された。しかし、予備加熱の温度が２５０℃、３００℃、３５０℃であるときには、振動は確認されなかった。

また、図１５、図１６、図１７、図１８、図１９は夫々１００℃、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃に予備加熱されたウエハＷの裏面について、上記の顕微鏡で取得された画像である。１００℃に予備加熱されたウエハＷには、比較的大きく且つ多数の傷が付いている。しかし、２００℃に予備加熱されたウエハＷの傷は、１００℃であるときよりも小さく且つ少数であり、２５０℃及び３００℃に予備加熱されたウエハＷの傷は、２００℃に予備加熱されたウエハＷの傷よりもより小さく且つ少数であった。そして３５０℃に予備加熱されたウエハＷについては最も傷が小さく、且つ最も傷の数が少なかった

このように位置ずれ量、ウエハＷの録画及びウエハＷの裏面の画像から、予備加熱されたウエハＷの温度が静電チャック４５の温度に近いと、吸着解除時の振動及びウエハＷの裏面の傷付きを抑制できる傾向が有ることが確認された。従って、この試験結果は図４～図６で説明した、静電チャック４５とウエハＷとの温度差によってデチャック時の振動及び裏面への傷の形成がなされる推定と整合する。そして、静電チャック４５への吸着するときのウエハＷの温度が、静電チャック４５の温度に近いほど好ましいことが、この評価試験の結果から分かる。

上記のようにウエハＷを２００℃以上の温度に予備加熱したときに、ウエハＷの位置ずれが比較的小さい。また、ウエハＷを２５０℃以上の予備温度に加熱したときには、ウエハＷの位置ずれが比較的小さく、且つ振動も確認されていない。従って、成膜モジュール４Ａの外部のモジュールでウエハＷを温度調整するにあたり、当該外部のモジュールにおいては、静電チャック４５との温度差が３５０℃－２００℃＝１５０℃以下となるようにすることが好ましいことが確認された。そして、当該温度差について３５０℃－２５０℃＝１００℃以下とすると、より好ましいことが確認された。

ただし、ロードロックモジュール２でウエハＷの温度を調整してから、成膜モジュール４Ａの静電チャック４５にてウエハＷを吸着するまでにはタイムラグが有る。このタイムラグにより、静電チャック４５に吸着されるときのウエハＷの温度は、ロードロックモジュール２における調整直後のウエハＷの温度よりも２０℃程度低いと考えられる。従って、静電チャック４５に吸着されるときのウエハＷの温度と静電チャック４５の温度との差は、１５０℃－２０℃＝１３０℃以下にすることが好ましく、１００℃－２０℃＝８０℃以下にすることがより好ましいと考えられる。なお、上記の予備加熱モジュール４ＢにてウエハＷを予備加熱する場合も、このロードロックモジュール２で予備加熱する場合と同様の手順でウエハＷの搬送及び処理が行われる。つまり、この評価試験から示された好ましい温度差とは、ロードロックモジュール２で予備加熱する場合の好ましい温度差に限られず、予備加熱モジュール４Ｂで予備加熱するときの好ましい温度差でもあると考えられる。

また、この評価試験ではウエハＷは、静電チャック４５の温度以下の温度となるように温度調整されている。しかし、静電チャック４５の温度以上の温度となるようにウエハＷが温度調整される場合においても、上記のような小さい温度差とされることで、吸着中のウエハＷの撓み量については十分小さくなるものと考えられる。つまり既述した好ましい温度差については、ウエハＷが静電チャック４５の温度以下の温度となるように温度調整される場合の温度差に限られず、ウエハＷが静電チャック４５の温度以上の温度となるように温度調整される場合の温度差でも有る。

なお、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

Ｗウエハ
１基板処理装置
４０突起
４１真空容器
４５静電チャック
４７ヒーター
７５加熱部

Claims

真空容器内に設けられる複数の突起を備えた静電チャックが設けられる冷却部に冷媒を供給することで当該静電チャックを冷却して温度を調整する第１の温度調整工程と、
温度調整された前記静電チャックの前記複数の突起に基板の裏面を吸着し、当該基板を真空処理する処理工程と、
前記基板が前記静電チャックに吸着されるときの当該基板の温度と当該静電チャックの温度との差を低減させるために、前記静電チャックに載置される前の当該基板を冷却することで当該基板の温度を、前記静電チャックとは別の温度調整部によって調整する第２の温度調整工程と、
を備え、
前記第２の温度調整工程は、前記基板が前記静電チャックに吸着されるときの当該静電チャックの温度よりも当該基板の温度が低くなるように、前記基板を冷却する工程を含む基板処理方法。
前記第１の温度調整工程は、前記静電チャックを－６０℃～－２６３℃に冷却する工程を含む請求項１記載の基板処理方法。
前記静電チャックを一の静電チャックとすると、
前記第２の温度調整工程は、平坦面を備える他の静電チャックと、冷媒の流路と、を備えるステージにおける、前記平坦面に前記基板を載置して冷却する工程を含む請求項１または２記載の基板処理方法。
前記第２の温度調整工程は、前記基板を格納する搬送容器と前記真空容器との間で当該基板を受け渡すために圧力を変更自在なロードロックモジュールを構成する筐体内で、前記温度調整部により前記基板の温度を調整する工程を含み、
前記筐体内から前記真空容器内へ、温度が調整された前記基板を搬送する搬送工程を含む請求項１ないし３のいずれか一つに記載の基板処理方法。
前記静電チャックが設けられる真空容器を第１の真空容器とすると、
前記第２の温度調整工程は、前記基板を格納する搬送容器と前記第１の真空容器との間で当該基板を受け渡すために圧力を変更自在なロードロックモジュールを構成する筐体とは別に設けられた第２の真空容器内で、前記温度調整部により前記基板の温度を調整する工程を含み
前記第２の真空容器内から前記第１の真空容器内へ、温度が調整された前記基板を搬送する搬送工程を含む請求項１ないし４のいずれか一つに記載の基板処理方法。
前記第２の温度調整工程は、前記基板が静電チャックに吸着されるときの当該静電チャックの温度と、前記第１の真空容器内または前記筐体内で温度調整される前記基板の温度との差が１５０℃以下となるように、当該基板の温度を調整する工程を含む請求項４または５記載の基板処理方法。
真空容器内に設けられる複数の突起を備えた静電チャックの温度を調整する第１の温度調整工程と、
温度調整された前記静電チャックの前記複数の突起に基板の裏面を吸着し、当該基板を真空処理する処理工程と、
前記基板が前記静電チャックに吸着されるときの当該基板の温度と当該静電チャックの温度との差を低減させるために、前記静電チャックに載置される前の当該基板の温度を、前記静電チャックとは別の温度調整部によって調整する第２の温度調整工程と、
を備え、
前記第１の温度調整工程は、前記静電チャックを加熱する工程を含み、
前記第２の温度調整工程は、前記基板を加熱する工程と、
前記真空容器内で支持体によって前記静電チャックの上方に支持された前記基板に対して、当該真空容器内に設けられる前記温度調整部を対向させた状態で温度調整する工程と、を含み、
前記支持体を前記静電チャックに対して相対的に昇降させて、温度調整された前記基板を前記静電チャックに載置する工程と、
前記第２の温度調整工程後に前記基板を処理するために、前記温度調整部を、前記静電チャックに載置された当該基板に対して対向しない位置へ移動させる工程と、を備える基板処理方法。
前記第２の温度調整工程は、前記基板に電磁波を照射して当該基板を加熱する工程を含む請求項７記載の基板処理方法。
前記第２の温度調整工程は、前記基板が前記静電チャックに吸着されるときの当該静電チャックの温度よりも当該基板の温度が高くなるように、前記基板を加熱する工程を含む請求項７または８記載の基板処理方法。
前記第２の温度調整工程は、前記静電チャックに吸着されるときの前記基板の温度と、当該静電チャックの温度との差が１３０℃以下となるように当該基板の温度を調整する工程を含む請求項１ないし９のいずれか一つに記載の基板処理方法。
前記処理工程は、スパッタにより前記基板に成膜する工程を含む請求項１ないし１０のいずれか一つに記載の基板処理方法。
真空容器と、
前記真空容器内に設けられ、基板の裏面を吸着する複数の突起を備えると共に、吸着された前記基板を真空処理するために、当該基板が載置される前から冷却されて温度調整される静電チャックと、
前記基板が前記静電チャックに吸着されるときの当該基板の温度と当該静電チャックの温度との差を低減させるために、前記静電チャックに載置される前の当該基板の温度を、当該基板を冷却することで調整する、当該静電チャックとは別に設けられる温度調整部と、
前記静電チャックが設けられ、当該静電チャックを冷却するための冷媒の流路を備える冷却部と、
を備え、
前記温度調整部は、前記基板が前記静電チャックに吸着されるときの当該静電チャックの温度よりも当該基板の温度が低くなるように前記基板を冷却する基板処理装置。
真空容器と、
前記真空容器内に設けられ、基板の裏面を吸着する複数の突起を備えると共に、吸着された前記基板を真空処理するために、当該基板が載置される前から加熱されて温度調整される静電チャックと、
前記基板が前記静電チャックに吸着されるときの当該基板の温度と当該静電チャックの温度との差を低減させるために、前記静電チャックに載置される前の当該基板の温度を当該基板を加熱することで調整する、当該静電チャックとは別に前記真空容器内に設けられる温度調整部と、
前記基板を前記真空容器内で前記静電チャックの上方に支持し、当該静電チャックに前記基板を載置するために前記静電チャックに対して相対的に昇降可能な支持体と、
前記温度調整部を、前記基板を温度調整するために前記支持体によって支持された前記基板に対向する位置と、前記静電チャックに載置された前記基板を真空処理するために当該基板に対向しない位置と、の間で移動させる移動機構と、
を備える基板処理装置。